BAB II LANDASAN TEORI Landasan teori sangat membantu untuk dapat memahami suatu sistem. Selain dari pada itu dapat juga dijadikan sebagai bahan acuan didalam merencanakan suatu system. Dengan pertimbangan hal - hal tersebut, maka landasan teori merupakan bagian yang harus dipahami untuk pembahasan selanjutnya. Pengetahuan yang mendukung perencanaan dan realisasi alat meliputi mikrokontroler ATMega 8535, sensor kompas hmc5883l, LCD dan komponen pendukung. 2.1. Sensor Kompas hmc5883l DT-Sense 3 Axis Compass merupakan suatu modul sensor medan magnet yang mengunakan IC hmc5883l. IC hmc5883l merupakan chip yang didesain untuk membaca medan magnet yang cocok untuk aplikasi penunjuk arah dan magnetometry. Contoh aplikasi modul ini antara lain untuk sensor pada smartphone, netbook, sistem navigasi otomatis, serta aplikasi-aplikasi lain yang memerlukan pengukuran medan magnet. Spesifikasi dari IC hmc5883l adalah sebagai berikut : 1. Memerlukan catu daya 3,3 VDC dengan konsumsi arus yang rendah (hingga 100uA). 2. Memiliki sensor magnet dengan jenis magnetoresistif 3 sumbu. 3. Memiliki jangkauan pembacaan medan magnet sampai dengan ±8 Gauss dengan resolusi 5 miligauss. 4. Memiliki akurasi kompas hingga 1º sampai 2º. 5. Kecepatan keluaran maksimal data hingga 160 Hz (Single Measurement Mode). 6. Kecepatan keluaran maksimal data 0,75 Hz s.d. 75 Hz (Continuous Measurement Mode). 7. Menggunakan antar muka I2C yang dapat dihubungkan dengan berbagai macam sistem mikrokontroler. 4
8. Memiliki dimensi modul yang kecil dan ringkas sehingga mudah ditempatkan pada berbagai aplikasi. Gambar 2. 1 DT-Sense 3 Axis Compass Gambar 2. 2 Tata Letak DT-Sense 3 Axis Compass 5
Tabel 2.1 Konfigurasi Pin DT-Sense 3 Axis Compass (sumber: http://www.vcc2gnd.com/2014/02/hmc-5883l-digital-compass Magnetometer.html Pin Nama Fungsi 1 DRDY Output Data Ready Interrupt 2 NC - Tidak terhubung 3 NC - Tidak terhubung 4 NC - Tidak terhubung 5 SDA Input/ Output I 2 C Serial Data (SDA) 6 SCL Input I 2 C Serial Clock (SCL) 7 Ground - Titik referensi ground 8 V33 Input Tegangan 3,3 VDC IC hmc5883l ini menerapkan teknologi AMR (Anisotropic Magnetoresistive). Teknologi AMR memiliki kelebihan dibanding teknologi sensor magnetik lainnya. Sensor yang bersifat anisotropik (memiliki karakteristik berbeda pada arah yang berbeda) ini merupakan sensor berarah (directional) yang memiliki presisi dan sensitivitas tinggi, serta menghasilkan keluaran yang linear dari perubahan sudut orientasi terhadap sumbu-sumbunya. Sensor - sensor solid-state ini dikonstruksi dengan perpotongan sumbu (cross-axis) yang sangat presisi untuk mendeteksi arah dan besaran medan magnet bumi pada skala beberapa mili-gauss hingga 8 gauss. Sensor magnetik ini diakui sebagai sensor low field dengan sensitivitas terbaik dan dapat diandalkan oleh kalangan industri. Breakout board sensor kompas elektronika ini dirancang secara kokoh dan efisien untuk meminimalisasi ukuran modul (berukuran hanya 14 x 13 x 3 mm), menggunakan komponen elektronika SMD (surface mounted device) untuk menghemat ruang dan menekan konsumsi listrik. 2.2. Mikrokontroler ATMega 8535 Mikrokontroler, sesuai namanya adalah suatu alat atau komponen pengontrol atau pengendali yang berukuran mikro atau kecil. Sebelum ada mikrokontroler, telah muncul 6
terlebih dahulu yang namanya mikroprosesor. Mikrokontroler memiliki beberapa keunggulan antara lain ialah : 1. Tersedianya I/O I/O dalam mikrokontroler sudah tersedia sehingga tidak dibutuhkan IC tambahan untuk menangani I/O tersebut. IC I/O yang dimaksud adalah PPI 8255. 2. Memori Internal Memori merupakan media untuk menyimpan program dan data sehingga mutlak harus ada. Mikrokontroller memiliki memori internal sendiri sehingga tidak memerlukan IC memori eksternal. Dengan kelebihan - kelebihan di atas, ditambah dengan harganya yang relatif murah sehingga banyak penggemar elektronika yang kemudian beralih ke mikrokontroler. Mikrokontroler merupakan komputer di dalam chip yang digunakan untuk mengontrol peralatan elektronik, yang menekankan efisiensi dan efektifitas biaya. Secara harfiahnya bisa disebut pengendali kecil dimana sebuah sistem elektronik yang sebelumnya banyak memerlukan komponen - komponen pendukung seperti IC TTL dan CMOS dapat direduksi / diperkecil dan akhirnya terpusat serta dikendalikan oleh mikrokontroler ini. Dengan menggunakan mikrokontroler ini maka: 1. Sistem elektronik akan menjadi lebih ringkas. 2. Rancang bangun sistem elektronik akan lebih cepat karena sebagian besar dari sistem adalah perangkat lunak yang mudah dimodifikasi. 3. Pencarian gangguan lebih mudah ditelusuri karena sistemnya yang sama. Namun demikian tidak sepenuhnya mikrokontroler bisa mereduksi komponen IC TTL dan CMOS yang seringkali masih diperlukan untuk aplikasi kecepatan tinggi atau sekedar menambah jumlah saluran input dan output (I/O). dengan kata lain, mikrokontroler adalah versi mini atau mikro dari sebuah komputer 7
karena mikrokontroler sudah mengandung beberapa bagian yang langsung bisa dimanfaatkan, misalnya port paralel, port serial, komparator, konversi digital ke analog (DAC), konversi analog ke digital (ADC), dan sebagainya hanya menggunakan System minimum yang tidak rumit atau kompleks. Mikrokontroler adalah otak dari suatu sistem elektronika seperti halnya mikroprosesor sebagai otak komputer. Namun mikrokontroler memiliki nilai tambah karena didalamnya sudah terdapat memori dan sistem input/output dalam suatu kemasan IC. Mikrokontroler AVR (Alf and Vegard s RISC processor) standar memiliki arsitektur 8-bit, dimana semua instruksi dikemas dalam kode 16- bit dan sebagian besar instruksi dieksekusi dalam satu siklus clock. Berbeda dengan instruksi MCS-51 yang membutuhkan 12 siklus clock karena memiliki arsitektur CISC (seperti komputer). Secara umum, AVR dapat dikelompokkan menjadi 4 kelas, yaitu keluarga ATTiny, keluarga AT90Sxx, keluarga ATMega dan AT89RFxx. Pada dasarnya yang membedakan masing - masing kelas adalah memori, peripheral, dan fungsinya. Dari segi arsitektur dan instruksi yang digunakan, mereka bisa dikatakan hampir sama. Oleh karena itu, dipergunakan salah satu AVR produk Atmel, yaitu ATMega 8535. Selain mudah didapatkan dan lebih murah ATMega 8535 juga memiliki fasilitas yang lengkap. Untuk tipe AVR ada 3 jenis yaitu ATTiny, AVR klasik, dan ATMega. Perbedaannya hanya pada fasilitas dan I/O yang tersedia serta fasilitas lain seperti ADC, EEPROM, dan lain sebagainya. Salah satu contohnya adalah ATMega 8535. Memiliki teknologi RISC dengan kecepatan maksimal 16 MHz membuat ATMega 8535 lebih cepat bila dibandingkan dengan varian MCS51. Dengan fasilitas yang lengkap tersebut menjadikan ATMega 8535 sebagai mikrokontroler yang powerfull. Adapun blok diagramnya sebagai berikut : 8
Gambar 2. 3 Blok Diagram ATMega8535 (sumber : http://yusrizalandeslubs.wordpress.com/dasar-elektronika/) Dari gambar tersebut dapat dilihat bahwa ATMega 8535 memiliki bagian sebagai berikut : 1. Saluran I/O sebanyak 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C, Port D. 2. ADC 10 bit sebanyak 8 saluran. 3. Tiga buah Timer/Counter dengan kemampuan pembandingan. 4. CPU yang terdiri atas 32 buah register. 5. Watchdog Timer dengan osilator internal. 6. SRAM sebesar 512 byte. 7. Memori Flash sebesar 8 kb dengan kemampuan Read While Write. 8. Unit interupsi internal dan eksternal. 9
9. Port antarmuka SPI. 10. EEPROM sebesar 512 byte yang dapat diprogram saat operasi. 11. Antarmuka komparator analog.. 12. Port USART untuk komunikasi serial. Kapabiltas detail dari ATMega 8535 adalah sebagai berikut : 1. Sistem mikroprosesor 8 bit bebrbasis RISC dengan kecepatan maksimal 16 MHz. 2. Kapabiltas memori flash 8 Kb, SRAM sebesar 512 byte, dan EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) sebesar 512 byte. 3. ADC internal dengan fidelitas 10 bit sebanyak 8 channel. 4. Portal komunikasi serial (USART) dengan kecepatan maksimal 2,5 Mbps. 5. Enam pilihan mode sleep menghemat penggunaan daya listrik. 2.2.1. Konfigurasi PIN ATMega8535 Mikrokontroler ATMega8535 mempunyai jumlah pin sebanyak 40 buah, dimana 32 pin digunakan untuk keperluan port I/O yang dapat menjadi pin input/output sesuai konfigurasi. Pada 32 pin tersebut terbagi atas 4 bagian (port), yang masing-masingnya terdiri atas 8 pin. Pin-pin lainnya digunakan untuk keperluan rangkaian osilator, supply tegangan, reset, serta tegangan referensi untuk ADC. Untuk lebih jelasnya, konfigurasi pin ATMega8535 dapat dilihat pada gambar 2.4. 10
Gambar 2. 4 Konfigurasi Pin ATMega8535 (sumber : www. toko-elektronika.com) Berikut ini adalah susunan pin-pin dari ATMega8535; VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai pin masukkan catu daya GND merupakan pin ground Port A (PA0..PA7) merupakan pin I/O dua arah dan pin masukan ADC Port B (PB0..PB7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu Timer/Counter, Komparator Analog, dan SPI Port C (PC0..PC7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu TWI, Komparator Analog, dan Timer Oscilator Port D (PD0..PD7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu Komparator Analog, Interupsi Iksternal dan komunikasi serial USART Reset merupakan pin yang digunakan untuk mereset mikrokontroler XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin masukkan clock eksternal (osilator menggunakan kristal, biasanya dengan frekuensi 11,0592 MHz). 11
2.2.2. Peta Memori ATMega 8535 ATMega 8535 memiliki dua jenis memori yaitu Program Memory dan Data Memory ditambah satu fitur tambahan yaitu EEPROM Memory untuk penyimpan data. 2.2.2.1. Program Memory ATMEGA 8535 memiliki On-Chip In-System Reprogrammable Flash Memory untuk menyimpan program. Untuk alasan keamanan, program memory dibagi menjadi dua bagian, yaitu Boot Flash Section dan Application Flash Section. Boot Flash Section digunakan untuk menyimpan program Boot Loader, yaitu program yang harus dijalankan pada saat AVR reset atau pertama kali diaktifkan. Application Flash Section digunakan untuk menyimpan program aplikasi yang dibuat user. AVR tidak dapat menjalakan program aplikasi ini sebelum menjalankan program Boot Loader. Besarnya memori Boot Flash Section dapat deprogram dari 128 word sampai 1024 word tergantung setting pada konfigurasi bit di register BOOTSZ. Jika Boot Loader diproteksi, maka program pada Application Flash Section juga sudah aman. Gambar 2. 5 Peta Memori Program 12
2.2.2.2. Data Memory Gambar berikut menunjukkan peta memori SRAM pada ATMega 8535. Terdapat 608 lokasi address data memori. 96 lokasi address digunakan untuk Register File dan I/O Memory sementara 512 lokasi address lainnya digunakan untuk internal data SRAM. Register file terdiri dari 32 general purpose working register, I/O register terdiri dari 64 register. Gambar 2. 6 Peta Memori Data 2.2.2.3. EEPROM Data Memory ATMega 8535 memiliki EEPROM 8 bit sebesar 512 byte untuk menyimpan data. Loaksinya terpisah dengan system address register, data register dan control register yang dibuat khusus untuk EEPROM. Alamat EEPROM dimulai dari $000 sampai $1FF. Gambar 2. 7 EEPROM Data Memory 13
2.3 IC Regulator 7805 IC Regulator 7805 adalah regulator tegangan sirkuit terpadu dari 78xx seri linier IC regulator tegangan tetap. Sumber tegangan di sirkuit mungkin memiliki fluktuasi dan tidak akan memberikan output tegangan tetap. Tegangan regulator IC mempertahankan tegangan output pada nilai konstan. 78xx menunjukkan tegangan output tetap. Ic regulator 7805 menyediakan 5V power supply yang diatur. Kapasitor nilai yang sesuai dapat dihubungkan pada input dan output pin tergantung pada tingkat tegangan masing-masing. Gambar 2.8 IC Regulator 7805 Tabel 2.2 Konfigurasi Pin IC Regulator 7805 Pin Function Name No 1 Input voltage (5V-18V) Input 2 Ground (0V) Ground 3 Regulated output; 5V (4.8V-5.2V) Output 14